Diagnosticarea bolilor mitocondriale

Evaluarea naturii moștenirii și manifestării semnelor clinice ale bolilor mitocondriale

Întrucât bolile miotocondriale pot fi cauzate în unele cazuri de deteriorarea genomului nuclear, transmiterea bolii va corespunde legilor mendeliene ale moștenirii genetice. În cazurile în care dezvoltarea bolii este cauzată de mutații ale ADN-ului mitocondrial, moștenirea va corespunde tipului mitocondrial, adică se va transmite pe linia maternă. În cele din urmă, atunci când patologia se dezvoltă cu deteriorarea simultană a genelor genomului nuclear și mitocondrial, moștenirea va fi complexă și determinată de diverși factori. În acest sens, în analiza genealogică după o caracteristică formală (natura moștenirii conform pedigree-ului), este posibil să se enunță cele mai diferite tipuri de moștenire genetică: autosomal dominantă, autosomal recesivă, legată de cromozom X, mitocondrială.

Dezvoltarea unor boli miotocondriale precum tulburarea metabolismului acidului piruvic sau beta-oxidarea acizilor grași, ciclul Krebs, este asociată cu mutații ale genelor genomului nuclear. Aceste patologii se caracterizează prin moștenire autosomal recesivă, când părinții sunt purtători ai mutațiilor (heterozigoți), iar copilul este purtător al ambelor mutații moștenite de la tată și mamă (homozigot). Părinții sunt de obicei sănătoși în aparență, iar o boală similară sau microsemnele acesteia trebuie căutate la frații și surorile copilului bolnav (frații/surorile proband), precum și la rudele atât de partea mamei, cât și de cea a tatălui (veri).

În cazul unui tip de moștenire recesiv, legat de cromozomul X (de exemplu, aciduria glutarică neonatală de tip II sau deficiența subunității E1 a complexului piruvic, boala Menkes etc.), băieții sunt mai des afectați, iar mamele sunt purtătoare de mutații și le transmit fiilor lor. Moștenirea maternă diferă de moștenirea legată de cromozomul X prin faptul că ambele sexe sunt afectate. În aceste cazuri, atunci când se analizează pedigree-ul, este necesar să se analizeze incidența bolii la bărbați, deoarece aceasta nu se va manifesta la femei. Pedigree-ul nu arată transmiterea bolii de-a lungul liniei tată-fiu, deoarece tatăl poate transmite doar cromozomul Y fiului său.

Când o boală se dezvoltă din cauza deteriorării genomului mitocondrial (de exemplu, o serie de boli ale lanțului respirator, neuropatia optică Leber, sindroamele MELAS, MERF, NARP etc.), se urmărește moștenirea maternă, deoarece copilul moștenește mitocondriile de la mamă și le poate transmite atât băieților, cât și fetelor. Astfel, ambele sexe sunt afectate în mod egal. În acest sens, transmiterea bolii de-a lungul liniei materne ar trebui urmărită în pedigree.

Atunci când se analizează un arbore genealogic și se caută simptome ale bolilor mitocondriale la rude, trebuie reținut faptul că severitatea bolii (expresivitatea semnului) poate varia foarte mult, ceea ce se poate datora numărului diferit de mitocondrii afectate, naturii deteriorării acestora, distribuției diferite a mutațiilor în celule etc. Astfel, nu este întotdeauna posibil să se detecteze semne evidente ale bolilor. În unele cazuri, se detectează fie simptome individuale, șterse, fie semne care pot fi detectate în timpul căutării lor țintite.

Dezvoltarea patologiei mitocondriale poate fi asociată cu deteriorarea unor zone extinse de mitocondrii, așa-numitele microdeleții (de exemplu, sindromul Kearns-Sayre, sindromul Pearson, unele forme de diabet zaharat cu surditate, oftalmoplegie externă progresivă etc.). În aceste cazuri, simptomele caracteristice nu se găsesc adesea la rude, deoarece dezvoltarea bolilor este asociată cu apariția unor noi mutații care au apărut în zigot imediat după fertilizarea ovulului ( mutație de novo ). Boala este sporadică. Adesea, odată cu aceste boli, o serie de afecțiuni asociate cu mutații multiple ale ADN-ului mitocondrial sunt moștenite autosomal dominant: de exemplu, unele forme de encefalomiopatie, miopatie cu leziuni oculare, în ciuda prezenței mutațiilor ADNmt (deleții multiple), au un tip de moștenire autosomal dominant.

Totuși, spre deosebire de moștenirea mendeliană, tipul autosomal dominant de moștenire în patologia mitocondrială este caracterizat de un număr mare de indivizi afectați în generațiile ulterioare.

În cele din urmă, unele boli mitocondriale, adesea asociate cu epuizarea mitocondriilor din ADNmt sau cu absența acestora în celule, pot fi moștenite autosomal recesiv. Acestea includ forme congenitale de miopatie, cardiomiopatie, sindrom de neurodistres, acidoză lactică, leziuni hepatice etc.

Studiul naturii transmiterii ereditare a bolii este important pentru prognosticul medical și genetic și necesită o analiză aprofundată a semnelor clinice, cu cunoașterea mecanismelor de formare a patologiei mitocondriale și a tipurilor de moștenire a acesteia.

Manifestarea manifestărilor clinice variază foarte mult de la primele zile de viață până la vârsta adultă. Atunci când se analizează acest indicator, este necesar să se ia în considerare formele nozologice, deoarece fiecare dintre ele are o anumită vârstă de debut.

Tulburările metabolice observate în bolile mitocondriale sunt progresive în marea majoritate a cazurilor. Simptomele inițiale sunt adesea ușoare, apoi progresează și pot duce la tulburări invalidante semnificative. Formele rare de patologie, cum ar fi miopatia infantilă benignă și unele forme de neuropatie optică Leber, pot fi benigne și pot fi supuse regresiei.

În timpul testelor de laborator, se acordă atenție semnelor caracteristice ale bolilor mitocondriale:

• prezența acidozei;
• niveluri crescute de lactat și piruvat în sânge, o creștere a indicelui lactat/piruvat mai mare de 15, în special în creștere odată cu încărcarea cu glucoză sau exercițiile fizice;
• hipercetonemie;
• hipoglicemie;
• hiperamonemie;
• concentrații crescute de acetoacetat și 3-hidroxibutirat;
• creșterea raportului acid 3-hidroxibutiric/acid acetoacetic în sânge;
• niveluri crescute de aminoacizi în sânge și urină (alanină, glutamină, acid glutamic, valină, leucină, izoleucină);
• niveluri crescute de acizi grași în sânge;
• hiperexcreția acizilor organici în urină;
• niveluri scăzute de carnitină în sânge;
• creșterea conținutului de mioglobină în fluidele biologice;
• scăderea activității enzimelor mitocondriale din miocite și fibroblaste.

Valoarea diagnostică a acestor indicatori este mai mare în cazul unei încărcături alimentare decât pe stomacul gol. În practică, un test de diagnostic s-a dovedit a fi eficient: determinarea lactatului din sânge pe fondul unei încărcături de glucoză, ceea ce permite o detectare mai distinctă a defecțiunii lanțului respirator la o încărcătură suplimentară de glucoză.

Pentru diagnosticarea de laborator a disfuncției mitocondriale și a formelor sale nozologice specifice, metodele biochimice convenționale, de rutină, de cercetare nu sunt suficiente; este necesară efectuarea unor teste speciale. Este deosebit de convenabil să se analizeze activitatea enzimelor în biopsiile musculare scheletice decât în alte țesuturi. Este posibil să se determine activitatea enzimelor lanțului respirator, în special a citrat sintetazei, succinat dehidrogenazei și citocrom C oxidazei.

Date din studii morfologice și genetice moleculare

Studiile morfologice au o importanță deosebită în diagnosticul patologiei mitocondriale. Datorită valorii lor informative deosebite, sunt adesea necesare biopsia țesutului muscular și examinarea histochimică a biopsiilor obținute. Informații importante pot fi obținute prin examinarea simultană a materialului folosind microscopia optică și electronică.

Unul dintre markerii importanți ai bolilor mitocondriale este fenomenul fibrelor roșii „zdrențuite” [fenomenul RRF (ragged red fibres)], stabilit în 1963. Acesta este asociat cu formarea de mitocondrii anormale modificate genetic de-a lungul marginii fibrei musculare, din cauza proliferării și acumulării focale. Acest fenomen este detectat prin microscopie optică folosind o colorație specială Gomori, dar în ultimii ani au fost utilizați în acest scop diverși markeri mitocondriali și diverse metode imunologice.

Alte semne morfologice ale patologiei mitocondriale includ:

• o creștere bruscă a dimensiunii mitocondriilor;
• acumularea de glicogen, lipide și conglomerate de calciu în subsarcolem;
• scăderea activității enzimelor mitocondriale;
• distribuția perturbată a granulelor de activitate ale enzimelor succinat dehidrogenază (SDH), NADH oxidoreductază, citocrom C oxidază etc.

La pacienții cu boli mitocondriale, microscopia optică a țesutului muscular poate releva semne morfologice nespecifice: necroza locală a fibrelor musculare, acumularea de mase sarcoplasmatice, prezența lizei zonelor subsarcolemale ale sarcoplasmei, bazofilia sarcoplasmei, un număr crescut de nuclei musculari, activarea proceselor de regenerare etc.

Studiul rolului fenomenului fibrelor roșii „zdrențuite” a demonstrat importanța sa pentru diagnosticarea unor afecțiuni precum MELAS, MERRF, sindroamele Kearns-Sayre, oftalmoplegia cronică progresivă și altele asociate cu mutații ale ADNmt. Acest fenomen se poate dezvolta și în alte boli: distrofia musculară Duchenne, dermatomiozita, distrofia miotonică, administrarea de medicamente (clofibrat) și alte afecțiuni patologice. Astfel, alături de bolile mitocondriale primare, fenomenul RRF poate însoți disfuncțiile mitocondriale secundare.

În prezent, examinarea histochimică și microscopică electronică a țesutului muscular pentru detectarea semnelor de insuficiență mitocondrială a devenit larg răspândită. În unele cazuri, acestea ajută la diagnosticare, în special în cazul imaginii morfologice normale a țesutului muscular conform datelor de microscopie optică.

Semne microscopice electronice - detectarea proliferării mitocondriale, perturbarea formei și dimensiunii acestora, dezorganizarea și mărirea cristelor, acumularea de mitocondrii anormale sub sarcolem, acumularea de lipide și incluziuni paracristaline anormale (constând în principal din proteine) sau osmofile localizate între membranele interne și externe sau în interiorul cristelor, clustere sferice, adesea situate în matrice (constând în principal din trigliceride) etc.

La unii pacienți, pot fi detectate anomalii citochimice ale leucocitelor.

Complexul de studii biochimice și morfologice este completat de metode moderne de diagnostic molecular (detectarea mutațiilor nucleare sau mitocondriale), care se efectuează în laboratoare specializate de diagnostic ADN. În bolile mitocondriale se detectează diverse tipuri de mutații: mutații punctuale, deleții, duplicații, anomalii cantitative ale ADN-ului etc.

În absența mutațiilor în ADNmt, dacă se suspectează o patologie mitocondrială, se efectuează un studiu al ADN-ului nuclear.

Criterii de diagnostic

Există 2 grupe de criterii de diagnostic pentru bolile mitocondriale. Principalele criterii de diagnostic (primul grup).

• Clinic:
  • diagnostice stabilite: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, sindroame Pearson, neuropatie Leber, boli Leigh și Alpers;
  • prezența a 2 sau a unei combinații a următoarelor semne:
    • leziune multisistemică, patognomonică pentru bolile lanțului respirator;
    • curs progresiv cu episoade de exacerbare sau prezența mutațiilor mitocondriale în familie;
    • excluderea bolilor metabolice și a altor boli prin efectuarea testelor adecvate.
• Histologic - detectarea fenomenului RRF în peste 2% din țesutul muscular.
• Enzimatic:
  • fibre citocrom c oxidază-negative;
  • activitate scăzută a enzimelor complexului lanțului respirator (<20% din normal în țesut, <30% în celule sau în mai multe țesuturi).
• Funcțional - o scădere a sintezei ATP în fibroblaste cu mai mult de 3 deviații standard.
• Genetică moleculară - mutații patogenetic semnificative ale ADN-ului nuclear sau mt.

Criterii de diagnostic suplimentare (al doilea grup).

• Clinic - simptome nespecifice care apar în bolile lanțului respirator (naștere de copil mort, scăderea activității motorii a fătului, deces neonatal precoce, tulburări de mișcare, tulburări de dezvoltare, afectarea tonusului muscular în perioada neonatală).
• Histologic - procent mic de fenomen RRF, acumulare subsarcolemală de mitocondrii sau anomalii ale acestora.
• Enzimatic - activitate scăzută a enzimelor complexe respiratorii (20-30% din normă în țesut, 30-40% în celule sau linii celulare).
• Funcțional - o scădere a sintezei ATP în fibroblaste cu 2-3 deviații standard sau absența creșterii fibroblastelor într-un mediu cu galactoză.
• Genetică moleculară - detectarea mutațiilor în ADN-ul nuclear sau mt cu o posibilă legătură patogenetică.
• Metabolic - detectarea unuia sau mai multor metaboliți care indică o perturbare a bioenergeticii celulare.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]